【科技．未來】抗宇宙輻射 自製氨基酸 要咩基因先可以住火星？
太空探索技術公司（Space X）創辦人馬斯克（Elon Musk）多次宣揚其殖民火星的美夢，揚言最快2024年可載人到火星。但上月底他卻遭數名科學家「打臉」，指以現時技術無法將火星改造成地球般適合人住。與此同時，卻有另一些科學家持相反觀點：可否改造人類基因來適應外太空？
馬斯克認為人類的未來只有兩條路：一是永遠留守地球，等待着某日歷史重演，發生大規模品種滅絕；二是擴展文明至太空，成為他所謂的「跨星球物種」（multi-planetary species）。今年3月，他在美國南方音樂節（SXSW）上說：「在火星建立自給自足的基地很重要，因為（當地球發生戰爭時）距離地球夠遠，比起月球基地有更大存活機會。若發生第三次世界大戰，我們希望確保在別處留有足夠的人類文明種子可以在日後復興，縮短黑暗時代。」
而人類可選擇的行星不多，金星既高壓又炎熱，水星過於接近太陽，土星和木星又太遠、難以到達。雖然馬斯克不反對人類去月球，但他認為月球實在太小，沒有大氣層，資源也不多。最終，只剩火星可作為人類住所的下一站選擇。Space X目標先在2022年以其BFR火箭運載兩艘載貨太空船往火星，2024年再載人登陸。
馬斯克不是唯一有此想法的人。美國太空總署（NASA）以2030年代可以派人登陸火星為長遠目標，美國總統特朗普則希望NASA在他第二任期完結前派人登陸火星。去年12月，他簽署「頭號太空政策指令」（Space Policy Directive 1）時就表明，NASA重返月球的目的是「為日後到達火星甚至更遠的世界建立基礎」。阿聯酋去年也宣布了「火星2117」計劃，目標在100年內建造「火星迷你城市和社區」。
火星地球化言之過早？
問題是，火星也不是那麼理想的居住環境，它缺少生命的必要元素：水。雖然現時火星的大氣層主要由二氧化碳組成，但實在太過薄弱和寒冷，表面平均氣溫只有攝氏零下62度（地球表面平均溫度則為攝氏14度），大氣壓力也僅是地球的0.6%，火星表面任何液態水都會迅速凝固。
不過，馬斯克認為火星可以「地球化」（terraforming），即把環境改造成像地球般適合人類居住。推動火星地球化的人認為，可用不同方法釋放火星上的溫室氣體，加厚其大氣層，讓火星升溫至某一個地步，令液態水可以穩定存在於火星表面。
數年前，馬斯克在美國人氣清談節目《The Late Show with Stephen Colbert》上就提過他的想法：「你可以改造火星成為類似地球的行星，需要讓它變暖。快捷的方法是在火星兩極投放熱核武器。」原理是藉此釋放二氧化碳和水氣到火星大氣層，然後靜待溫室效應把火星變暖，足以讓水以液態存在，作為所有生命的基礎。
但上月底，一項由NASA支持、刊於《自然·天文》（Nature Astronomy）期刊上的研究卻對馬斯克的想法潑了冷水。研究人員以NASA的火星偵察軌道衛星（Mars Reconnaissance Orbiter）、2001火星奧德賽號太空船（Mars Odyssey）和火星大氣與揮發物演化任務（MAVEN）提供的數據分析火星上含碳礦物質的數量和火星大氣消失情況。作者之一的科羅拉多大學波德分校（UC Boulder）教授賈高斯基（Bruce Jakosky）也是NASA MAVEN任務的主要調查員。他在一份聲明中如此總結是次研究：「我們的研究結果表明，火星上沒有足夠的二氧化碳可提供明顯的溫室暖化；再者，絕大部分的二氧化碳氣體都難以取得，所以以今時今日的技術，火星不可能地球化。」
他們估算火星的二氧化碳壓力需達到地球的總的大氣壓力，才有望足夠升溫讓液態水穩定存在。最容易取得二氧化碳的來源是火星兩極的冰帽，可利用塵土增加吸收太陽輻射，或像馬斯克建議般以爆炸來釋放它們，但即使成功氣化這些二氧化碳，只能讓火星大氣壓力僅升至地球的1.2%。另一個方法是加熱火星泥土，釋放那些附於塵粒上的二氧化碳，但該研究估算這只可提供4%所需的壓力。第三種二氧化碳的來源是火星的礦物，研究團隊以NASA的觀測數據估算，現時頂多只能提供不足5%所需壓力，視乎那些礦物藏得離火星表面有多深。還有人想過引導彗星或小行星撞向火星來產生氣體，也遭研究團隊反駁，因為這需要數以千計的彗星或小行星才有望達成，毫不實際。
馬斯克卻對研究甚為保留，迅速在社交平台Twitter上引用NASA埃姆斯研究中心（Ames Research Center）行星科學家Christopher P. McKay與太空工程師Robert M. Zubrin聯合撰寫的研究反駁，堅稱火星有足夠二氧化碳導致地球化。孰真孰假，只能由更多的火星任務和數據來回答。
太空不是人住的？
演化中所謂「適應力」（fitness）是天擇的一種衡量：某物種在特定環境中存活或繁殖的可能性。我們可能早至二、三十萬年前已居住於非洲，自此向全世界出發，可見人類的地球適應力甚強。
在太空則相反，人類只能依靠保護力有限的太空衣和太空船來「適應」。輻射是我們無法適應的惡劣條件之一。Biogerontology Research Foundation的研究員Franco Cortese估計，太空人比一般人多遭受40至100倍輻射。NASA太空人凱利（Scott Kelly）曾多次到國際太空站（ISS）執勤，逗留共520日，至今已受到約240毫希沃特（mSv）輻射，而我們在牙醫檢查時照一次X光的量才是8毫希沃特。
去火星的話就更為危險。NASA建議太空人一生最多只能暴露於800至1200毫希沃特輻射，但單是從火星返回地球的一趟旅途，估計約遭受600毫希沃特輻射，已佔了一生限額一大半。何況太空中的輻射量還可能仍在增加。新罕布什爾大學（UNH）物理學家團隊今年2月發表的一項研究，從NASA的Lunar Reconnaissance Orbiter的輻射監測數據發現，過去4年間，太空的輻射增加了30%。未來上太空或有更高的輻射風險。
在地球，我們有磁場和大氣層來抵擋輻射，但在火星表面或太空船上卻近乎無遮無掩。長期暴露於宇宙輻射或突如其來的太陽質子事件中，我們的細胞會死亡或失靈，可引致心臟病、認知下降等疾病；也會破壞我們的DNA，在DNA自行修復過程中或出現基因突變，造成癌症和遺傳病。從原子彈或切爾諾貝爾（Chernobyl）輻射事故的生還者中，也發現他們更容易患上輻射白內障（Radiation cataracts）。除了輻射以外，太空重力較低甚至沒有重力，也會導致我們體內液體流動發生變化，改變眼球壓力造成視力模糊；骨密度減低，肌肉也會萎縮。
基因編輯「抗輻射人」
一些科學家正從不同途徑尋找抵抗輻射的對策。康乃爾大學威爾醫學院（Weill Cornell Medicine）遺傳學家美臣（Christopher Mason）曾提出人類殖民太空的「500年計劃」，認為需要增加基因組學知識，如哪些基因科學家不該觸碰，以及微生物工程進步後，最終可編輯人類基因改造後代：「基因編輯可為太空人建立與生俱來的生物防禦系統以應付太空任務。」
2014年誕生的基因編輯CRISPR Cas9，是基於細菌抵禦外敵的辨認機制CRISPR，配合Cas9蛋白作為分子剪刀，可達到前所未有的準確、方便和便宜，像文字軟件裏的尋找、剪下、貼上功能一樣，來改變生物的基因。美國哈佛大學遺傳學權威卓治（George Church）也是同道中人，他聲稱已辨認出逾40個有利於長途太空航程的基因，如增強抗輻射力的CTNNB1、造出特強骨骼的LRP5、讓藏族人適應低氧環境的EPAS1等。波士頓一間基因檢測公司Veritas Genetics正提供收費999美元的方案，可告訴你有什麼「太空基因」。
此外，這些有助於我們在太空生存的基因很可能是來自其他生物。美臣研究的第一步就是把名為Dsup的基因結合至人類細胞，這種基因是俗稱「水熊」（Water Bear）的緩步動物（tardigrades）特有，他們不但可以在真空中生存，還可抑制DNA遭受輻射時斷開或促進DNA修復。國枝武和領導的東京大學團隊，就曾把緩步動物的此類保護基因，加插到實驗室培養的人體細胞，發現比起一般人體細胞，改良過的細胞抵抗X光傷害的能力強40%。
美臣的實驗室也正人工製造p53基因——一種常見於大象的基因，希望未來可加到人類細胞，因為擁有多組p53基因的大象很少死於癌症。他另一個研究則是針對抗輻射奇異球菌（Deinococcus radiodurans），一種能在寒冷、乾旱、酸性或高輻射的環境中也能生存的細菌。
有科學家更考慮到，若要成功殖民或真正適應火星，人類必須有能力在火星上自給自足。美國麻省理工研究員Lisa Nip指出，要編輯基因的生物隨時不止於人類：「基因編輯用在植物和細菌等生物，讓它們更能於非原生環境中生存，這絕對有助太空人建造熟悉的居所，提供可持續的糧食和藥物資源。」
基因編輯技術發明者之一杜德納（Jennifer Doudna）曾向英國《衛報》稱深受電影《火星任務》（The Martian）啟發：「我會思考基因編輯如何在火星幫助人類。例如片中麥迪文（Matt Damon）飾演的角色要種薯仔，若使用基因編輯，就可以改變薯仔（的組織），使其在少水的情況下可以生存，更適應那個環境。」
更極端的想法可見於哥倫比亞大學（University of Columbia）的Harris H Wang。他正研究改變人的腎臟細胞，以合成9種本來無法自行製造的氨基酸。要達到這種能力，將需要大約250種新的基因，一旦成功，太空人可能只需要飲糖水就能維生，太空任務也不需再運送又多又重的糧食。不過，他堅稱並非想製造「改造人」：「我只想指出，如果你要展開銀河旅途，你需要解決完全自給自足的問題。我們正計劃把人放到十分極端的環境，從那個考量方向來說，這似乎是長遠方案之一。」
若技術問題解決，又是否人人都有機會到太空延續生命？請見另文：《【科技．未來】改造基因適應太空 你有無資格生存？》
上文節錄自第126期《香港01》周報（2018年8月27日）《改變人類基因可以殖民火星？》